JP2005201057A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気通路から分岐した分岐通路に、排気浄化装置や熱エネルギー回収装置を設け、排気通路に設けた開閉弁により排気ガスを、排気通路と分岐通路に選択的に流通させる排気装置において、前記排気浄化装置や熱エネルギー回収装置の過熱からの劣化を抑制する。
【解決手段】排気ガスが流通する排気通路４から上流側分岐部５で分岐し、下流側分岐部６で前記排気通路４に合流する分岐通路７を形成する。分岐通路７の途中に排気浄化装置や熱エネルギー回収装置８を設け、上流側分岐部５と下流側分岐部６との間の排気通路４に開閉弁９を設ける。上流側分岐部５から開閉弁９までの距離Ｌ１と、開閉弁９から下流側分岐部６までの距離Ｌ２を等しくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は内燃機関の排気装置に関する。

内燃機関の排気装置には、排気ガスの浄化を行うため触媒コンバータなどの排気浄化装置が設けられている。排気浄化装置は、暖機性を向上させて内燃機関の始動直後の排気ガスを浄化可能なように、排気装置のより上流側に設置される。しかし、暖機後は高温の排気ガスが排気浄化装置内を流通するため、排気浄化装置が過熱され劣化し易いという問題があった。

このような問題を解決するため、従来、図３に示すような排気装置が提案されている（特許文献１参照）。

この排気装置は、排気通路１０１に設けられた上流側分岐部１０２と下流側分岐部１０３を接続する分岐通路（触媒通路）１０４が形成され、該分岐通路（触媒通路）１０４の途中には排気浄化装置（触媒装置）１０５が設けられている。排気通路１０１には開閉弁（切替弁）１０６が設けられ、この開閉弁（切替弁）１０６は排気温度に応じて開閉動作する。

このように構成することにより、冷機時は開閉弁（切替弁）１０６を閉じて排気ガスを上流側分岐部１０２より分岐通路１０４に流通させて排気浄化装置（触媒装置）１０５で排気ガスを浄化し、暖機後は開閉弁（切替弁）１０６を開いて排気ガスを排気通路１０１に流通させて排気浄化装置（触媒装置）１０５をバイパスさせることにより、高い排気ガス浄化性能の発揮と、排気浄化装置（触媒装置）１０５の劣化の抑制を企画している。

また、開閉弁（切替弁）１０６が排気通路１０１の途中に単一で設けられているので、開閉弁（切替弁）１０６の構成や制御が容易であるため、低コストであるなどの効果を期待している。

また、このような排気装置においては、排気通路１０１を直進状にするとともに分岐通路（触媒通路）１０４を分岐状にすることにより、直進状の排気通路１０１の流通抵抗を分岐通路１０４での流路抵抗よりも小さくして、開閉弁（切替弁）１０６が開状態にある時に分岐通路（触媒通路）１０４側へ排気ガスが流入することを抑制している。

更に、分岐通路（触媒通路）１０４の合流部下流端に突起１０７を設けて、分岐通路（触媒通路）１０４の出口部圧力を高めることにより、開閉弁（切替弁）１０６が開状態にあるとき分岐通路（触媒通路）１０４側へ排気ガスが流入することを抑制し、排気浄化装置（触媒装置）１０５の劣化を抑制することを企図している。

しかし、前記の構造においては、開閉弁（切替弁）１０６が開状態になっても、排気通路１０１内に開閉弁（切替弁）１０６が存在するために、開閉弁（切替弁）１０６の位置で前後の排気通路１０１に比べ流体抵抗が大きくなっている。よって、内燃機関の各シリンダにおける爆発に伴いパルス的な圧力で排出された排気ガスの圧力パルスは、流体抵抗が大きい開閉弁（切替弁）１０６の位置で堰き止められ、反転するかのように上流側へ伝わり、上流側分岐部１０２から分岐通路（触媒通路）１０４へ少量の排気ガスが流入することを本発明者らは見出した。

前記従来技術は排気ガスの定常的な流れに着目してなされたものであり、かつ、上流側分岐部１０２から開閉弁１０６までの距離Ｌ５が、開閉弁１０６から下流側分岐部１０３までの距離Ｌ６よりも短いため、上述したような非定常現象としての少量の排気ガスの流入までは抑制できず、開閉弁（切替弁）１０６が開状態であっても排気浄化装置（触媒装置）１０５が過熱され、排気浄化装置（触媒装置）１０５の劣化を抑制できないという問題が生じる恐れがあった。

また、上記排気浄化装置１０５に代えて、前記の分岐通路１０４に、熱交換装置や熱電変換装置などの熱エネルギー回収装置を備えた排気装置が知られている（特許文献２参照）。

しかし、この排気装置においても前記と同様に、熱エネルギー回収装置が過熱され劣化する恐れがあった。
特開平９−３１７４４９号公報 特開２０００−３１２０３５号公報

本発明は前記の課題を解決する内燃機関の排気装置を提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、排気ガスが流通する排気通路から上流側分岐部で分岐し、下流側分岐部で前記排気通路に合流する分岐通路を形成するとともに、分岐通路の途中に排気浄化装置を設け、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に開閉弁を設けた内燃機関の排気装置において、上流側分岐部から開閉弁までの距離と、開閉弁から下流側分岐部までの距離を等しくしたことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、排気ガスが流通する排気通路から上流側分岐部で分岐し、下流側分岐部で前記排気通路に合流する分岐通路を形成するとともに、分岐通路の途中に排気浄化装置を設け、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に開閉弁を設けた内燃機関の排気装置において、上流側分岐部から開閉弁までの距離より、開閉弁から下流側分岐部までの距離を短くしたことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、排気ガスが流通する排気通路から上流側分岐部で分岐し、下流側分岐部で前記排気通路に合流する分岐通路を形成するとともに、分岐通路の途中に熱エネルギー回収装置を設け、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に開閉弁を設けた内燃機関の排気装置において、上流側分岐部から開閉弁までの距離と、開閉弁から下流側分岐部までの距離を等しくしたことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、排気ガスが流通する排気通路から上流側分岐部で分岐し、下流側分岐部で前記排気通路に合流する分岐通路を形成するとともに、分岐通路の途中に熱エネルギー回収装置を設け、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に開閉弁を設けた内燃機関の排気装置において、上流側分岐部から開閉弁までの距離より、開閉弁から下流側分岐部までの距離を短くしたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明によれば、開閉弁を上流側分岐部からの距離と下流側分岐部からの距離が等しくなる位置に配置したので、開閉弁から上流側分岐部と下流側分岐部へ流入する排気ガスの圧力パルスのタイミングが同じになり、圧力パルスの分岐通路への流入を抑制することができる。そのため、暖機後の高温の排気ガスの分岐通路への流入を抑制し、分岐通路に配置された排気ガス浄化装置の過熱を抑制して、排気浄化装置の劣化を抑制することができる。

請求項２記載の発明によれば、開閉弁を、上流側分岐部から開閉弁までの距離より、開閉弁から下流側分岐部までの距離が短くなる位置に配置したので、上流側分岐部から分岐通路へ流入する排気ガスの圧力パルスに対して、下流側分岐部から分岐通路へ流入する排気ガスの圧力パルスのタイミングが早くなり、下流側分岐部からの排気ガスの分岐通路への流入量が多くなる。この下流側分岐部から流入する排気ガスの温度は、上流側分岐部から分岐通路へ流入する排気ガスの温度よりも低温であるため、排気浄化装置の過熱を抑制して、排気浄化装置の劣化を抑制することができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１と同様の前記の作用により、分岐通路に設けられた熱エネルギー回収装置の過熱からの劣化を抑制することができる。

請求項４記載の発明によれば、請求項２と同様の前記の作用により、分岐通路に設けられた熱エネルギー回収装置の過熱からの劣化を抑制することができる。

本発明を実施するための最良の形態を図１及び図２に示す実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施例の排気装置１を示す模式図である。
内燃機関２の各シリンダに、排出される排気ガスが流通する複数のブランチ管３が接続され、該ブランチ管３は集合されて１本の排気通路４に接続されている。排気通路４の途中には上流側分岐部５とその下流に位置して下流側分岐部６が設けられるとともに、両分岐部５，６を接続する分岐通路７が設けられている。

前記分岐通路７の途中には排気浄化装置である触媒コンバータ８が設けられている。該触媒コンバータ８は貴金属を担持したハニカム状の担体（図示しない）を収容し、排気ガス中の有害成分を浄化するもので、周知のものを使用している。

一方、前記排気通路４の途中には、該排気通路４を開閉する開閉弁９が設けられている。該開閉弁９は、例えば、触媒コンバータ８の温度や、触媒コンバータ８に流入する排気ガスの温度などを温度センサ（図示しない）で検知し、その温度に応じ、コントロールユニット（図示しない）の指令によって、従来周知のアクチュエータ（図示しない）により開閉動作させればよい。

開閉弁９は、前記上流側分岐部５からの距離Ｌ１と下流側分岐部６からの距離Ｌ２が等しくなるような位置に配置されている。

以上の構成において、内燃機関２の各シリンダから排出された排気ガスは、各ブランチ管３を流通し、これらの下流で集合されて１本の排気通路４を通って下流に流通する。

冷機時は開閉弁９が閉状態に制御されており、排気通路４に流入した排気ガスは、開閉弁９の上流側において上流側分岐部５から分岐通路７に流入し、排気浄化装置である触媒コンバータ８内を通って、下流側分岐部６を経て再び開閉弁９の下流側の排気通路４に流入し、その後、排気通路４の下流側へ流れる。

暖機後、触媒コンバータ８の温度が所定の温度に達すると、前記のコントロールユニットの指令によって図示しないアクチュエータにより開閉弁９が開状態に切り換えられる。このように開閉弁９が開くと、定常的な排気ガスの流れは、分岐通路７には流入せず触媒コンバータ８をバイパスして排気通路４を直進的に流通する。

このように、開閉弁９が開状態になっても、排気通路４内に開閉弁９が存在するために、開閉弁９の位置での流通抵抗は、開閉弁９の前後の排気通路４の流体抵抗に比べて大きくなっている。

内燃機関の各シリンダにおける爆発に伴いパルス的な圧力で排出された排気ガスの圧力パルスは、排気通路４を流通するが、流体抵抗が大きい開閉弁９の位置で堰き止められ、反転するかのように上流側へ伝わり、上流側分岐部５から分岐通路７へ少量の排気ガスが流入する。また、開閉弁９を通過した排気ガスの圧力パルスも下流側分岐部６から分岐通路７へ流入する。

しかし、本実施例１においては、開閉弁９が、上流側分岐部５からの距離Ｌ１と下流側分岐部６からの距離Ｌ２が等しくなるような位置に配置されているため、上流側分岐部５と下流側分岐部６から分岐通路７へ流入する排気ガスの圧力パルスのタイミングが同じになる。

したがって、圧力パルスの分岐通路７への流入を抑制することができるため、暖機後の高温の排気ガスの分岐通路７への流入を抑制し、排気浄化装置である触媒コンバータ８の過熱を抑制することができ、排気浄化装置の劣化を抑制することができる。

図２は本発明の第２実施例の排気装置１０を示す模式図である。
本第２実施例における排気装置１０においては、前記第１実施例の開閉弁９と同様の開閉弁１９を、上流側分岐部５からの距離Ｌ３よりも下流側の分岐部６からの距離Ｌ４が短くなるように配置したものである。

その他の構造は前記第１実施例の排気装置１と同様であるため、前記と同一部分には前記と同一の符号を付してその説明を省略する。

本第２実施例においては、開閉弁１９から下流側分岐部６までの距離Ｌ４が、開閉弁１９から上流側分岐部５までの距離Ｌ３よりも短いため、開閉弁１９で反転して上流側分岐部５から分岐通路７へ流入する排気ガスの圧力パルスに対して、下流側分岐部６から分岐通路７へ流入する排気ガスの圧力パルスのタイミングが早くなり、上流側分岐部５から分岐通路７へ流入する排気ガスの圧力パルスを抑制する。

また、このように、下流側分岐部６から分岐通路７へ流入する排気ガスの圧力パルスのタイミングが早くても、下流側分岐部６から分岐通路７へ流入する排気ガスは、上流側分岐部５から分岐通路７へ流入する排気ガスに比べ温度が低いため、排気浄化装置（触媒コンバータ）８の過熱を抑制することができ、排気浄化装置（触媒コンバータ）８の劣化を抑制することができる。

また、上記実施例のように開閉弁から排気浄化装置（触媒コンバータ）までの距離は、上流側分岐部を経由する場合より、下流側分岐部を経由する場合の方が短いか又は等しいことが望ましい。

上記実施例においては、排気浄化装置として担体を収容した触媒コンバータの例で示したが、排気中の有害成分を吸着する吸着剤や、排気中の微粒子を捕集するフィルターを収容した排気浄化装置でもよい。

また、排気装置１，１０は、エンジンルームや車両床下など任意の位置に配置することができる。

前記各実施例は、分岐通路に排気浄化装置として触媒コンバータ８を設けた排気装置を示したが、この排気浄化装置に代えて、前記分岐通路７に、冷却水などの流体と熱交換する熱交換装置や、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子を備えた熱電変換装置などの熱エネルギー回収装置を設けても、熱エネルギー回収装置の過熱を抑制することができ、熱エネルギー回収装置の劣化を抑制することができる。
したがって、この熱エネルギー回収装置を設置する場合には、図１及び図２において、符号８が熱エネルギー回収装置となる。

本発明の第１実施例の排気装置を示す模式図。 本発明の第２実施例の排気装置を示す模式図。 従来の排気装置を示す模式図。

符号の説明

１，１０ 排気装置
２ 内燃機関
４ 排気通路
５ 上流側分岐部
６ 下流側分岐部
７ 分岐通路
８ 排気浄化装置、熱エネルギー回収装置
９，１９ 開閉弁
Ｌ１〜Ｌ４ 距離

Claims (4)

1. 排気ガスが流通する排気通路から上流側分岐部で分岐し、下流側分岐部で前記排気通路に合流する分岐通路を形成するとともに、分岐通路の途中に排気浄化装置を設け、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に開閉弁を設けた内燃機関の排気装置において、上流側分岐部から開閉弁までの距離と、開閉弁から下流側分岐部までの距離を等しくしたことを特徴とする内燃機関の排気装置。
2. 排気ガスが流通する排気通路から上流側分岐部で分岐し、下流側分岐部で前記排気通路に合流する分岐通路を形成するとともに、分岐通路の途中に排気浄化装置を設け、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に開閉弁を設けた内燃機関の排気装置において、上流側分岐部から開閉弁までの距離より、開閉弁から下流側分岐部までの距離を短くしたことを特徴とする内燃機関の排気装置。
3. 排気ガスが流通する排気通路から上流側分岐部で分岐し、下流側分岐部で前記排気通路に合流する分岐通路を形成するとともに、分岐通路の途中に熱エネルギー回収装置を設け、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に開閉弁を設けた内燃機関の排気装置において、上流側分岐部から開閉弁までの距離と、開閉弁から下流側分岐部までの距離を等しくしたことを特徴とする内燃機関の排気装置。
4. 排気ガスが流通する排気通路から上流側分岐部で分岐し、下流側分岐部で前記排気通路に合流する分岐通路を形成するとともに、分岐通路の途中に熱エネルギー回収装置を設け、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に開閉弁を設けた内燃機関の排気装置において、上流側分岐部から開閉弁までの距離より、開閉弁から下流側分岐部までの距離を短くしたことを特徴とする内燃機関の排気装置。

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